Что составляет систему отсчета физика 10 класс
Системы отсчета и их виды
В физике часто встречаются термины «система отсчета» и «инерциальная система отсчета». Ознакомимся с ними.
Что такое система отсчета
Система отсчета содержит:
Если все три пункта выполнены, то говорят, что задана система отсчета.
С телом отсчета связаны координатные оси, если тело отсчета будет двигаться, то система отсчета будет передвигаться совместно с ним.
Системы отсчета используются не только в физике. В повседневной жизни мы пользуемся картами местности. При этом, на карте мы отмечаем две точки:
Проложив маршрут и измерив расстояние между этими точками, мы сможем посчитать расстояние, которое нужно преодолеть, чтобы переместиться. А указав интервал времени, мы сможем рассчитать, с кокой скоростью нужно двигаться, чтобы вовремя прибыть к месту назначения.
Виды систем отсчета и их сравнение
Все системы отсчета (сокращенно СО) можно разделить на два вида:
От того, как система отсчета движется, зависит, можно ли считать ее инерциальной, или нет.
Инерциальные системы отсчета
Инерциальная система отсчета — это такая, которая:
Примеры инерциальных систем отсчета:
Примечания:
1. Вместо слов «скорость не меняется», физики часто употребляют такие слова: «скорость постоянная», или «модуль вектора скорости сохраняется».
2. Скорость – это вектор, у любого вектора есть две главные характеристики:
Подробнее о векторах и их характеристиках «здесь».
Не инерциальные системы отсчета
Не инерциальная система отсчета — это такая, которая:
Бывает и так, что одновременно изменяет и по модулю, и по направлению. Главное, что изменяет. Например, гоночный автомобиль на соревнованиях входит в поворот и одновременно набирает скорость.
Примеры не инерциальных систем отсчета:
Для чего нужно знать, к какому виду отнести систему отсчета
Предположим, нам нужно решить какую-то задачу механики. Чтобы ее решить мы вводим систему отсчета. Является ли система отсчета инерциальной, нужно знать потому, что
Для иллюстрации рассмотрим такой пример:
Представим, что мы находимся внутри пассажирского вагона. Поднимем на вытянутой руке мяч и разожмем ладонь, чтобы мяч из нее выпал. Будем изучать траекторию, по которой мяч движется. На всех рисунках пунктиром обозначено начальное положение мяча, а сплошным кругом — его конечное положение. Рассмотрим движение мяча в каждом из случаев:
Случай 1. Вагон покоится
Когда вагон покоится, свободно падающий мяч падает вертикально
Случай 2. Вагон движется равномерно прямолинейно
Красная стрелка — это вектор скорости вагона, он обозначен символом \( \vec
Когда вагон движется равномерно прямолинейно, свободно падающий мяч падает вертикально
Случай 3. Вагон движется прямолинейно равнозамедленно
Вектор скорости вагона обозначен символом \( \vec
Когда вагон движется прямолинейно равнозамедленно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.
Случай 4. Вагон движется прямолинейно равноускоренно
Вектор скорости вагона \( \vec
Когда вагон движется прямолинейно равноускоренно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали
Случай 5. Вагон движется криволинейно
На рисунке представлена одна из возможных траекторий движения мяча. Траектория мяча будет зависеть от того, будет ли вагон, входящий в поворот, ускоряться, или замедляться.
Изогнутая стрелка указывает направление, в котором вагон поворачивает (изменяет направление движения).
Когда вагон движется криволинейно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.
Подведем итог:
В первых двух случаях (см. рис. №1, №2), траектории мяча были одинаковыми. В этих двух случаях вагон является инерциальной системой отсчета.
Рисунки №3, №4 и №5 иллюстрируют неинерциальные системы отсчета. В случаях, представленных на этих рисунках, траектории мяча различаются. Формы траекторий зависят от дополнительных сил, действующих в неинерциальных системах отсчета на мяч.
Способы описания движения. Система отсчета
Урок 3. Физика 10 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Способы описания движения. Система отсчета»
Сегодня мы рассмотрим наиболее распространенные способы описания движения и более подробно остановимся на понятии системы отсчёта. Напомним, что для описания движения материальной точки нужно научиться рассчитывать положение точки в любой момент времени, относительно выбранного тела отсчета.
Например, если мы задаём положение точки в системе координат, то каждая координата будет зависеть от времени. То есть, чтобы описать движение точки нужно найти функцию зависимости каждой координаты от времени.
Для примера возьмем подвиг незабвенного барона Мюнхгаузена, который утверждал, что может летать на ядре. Если учесть большое расстояние, которое пролетает ядро, то Мюнхгаузена можно считать за точку. Пушка будет являться телом отсчёта, то есть, началом координат. Положение барона можно описать с помощью двух координат, поскольку он двигается только в одной плоскости.
Тогда, зависимости координат х и у будут описываться уравнениями:
Эти уравнения называются кинематическими уравнениями движения точки.
Линия, вдоль которой движется точка в пространстве, называется траекторией.
Движение может быть разным, и траектория может быть сколь угодно сложной. Движение называется прямолинейным, если траектория является прямой линией.
Если же траектория представляет собой кривую, то это движение криволинейное.
Другой способ описания движения — это векторный способ. На прошлом уроке мы познакомились с тем, как задавать положение точки с помощью радиус-вектора. Если точка двигается, то с течением времени, радиус вектор может изменять длину и направление. Таким образом, радиус-вектор являться функцией зависимости от времени:
Поскольку радиус-вектор определяется с помощью координат, то одно векторное уравнение эквивалентно трём скалярным уравнениям:
Как мы знаем, системой отсчёта называется совокупность тела отсчёта и связанной с ним системы координат и часов, с помощью которых измеряется время. В различных системах отсчёта движение одного и того же тела может быть описано по-разному. Например, если сбросить мяч с крыши дома, то в системе отсчёта, связанной с крышей, длина радиус-вектора будет увеличиваться. Но в системе отсчёта связанной с поверхностью Земли, длина радиус-вектора будет уменьшаться.
Главное запомнить следующее: если выбрали тело отсчета, то все наблюдения, вычисления и уравнения должны быть связаны именно с этим телом отсчёта, как с началом координат.
Например, в каюте корабля все предметы остаются неподвижны, относительно корабля. Но, вместе с этим, все эти предметы двигаются относительно поверхности земли.
Таким образом, в системе отсчета, связанной с кораблем, координаты тел, находящихся в каюте, будут заданы постоянными величинами. В системе отсчёта, связанной с поверхностью земли, координаты будут задаваться в соответствии со скоростью движения корабля. Если мы предположим, что корабль двигается равномерно и прямолинейно, то меняться будет только одна координата. Если же мы предположим, что корабль покачивается на волнах, то координата зет будет задана периодичной функцией.
Примеры решения задач.
Задача 1. Самолёт летит в одной плоскости. В начальный момент времени самолёт находится на высоте 1000 м и на расстоянии 5 км от аэродрома. Постройте соответствующую систему координат и отметьте на ней самолёт в начальный момент времени.
Давайте выполним несколько упражнений. Допустим, самолёт летит в одной плоскости. В начальный момент времени самолет находится на высоте 1000 метров и на расстоянии 5 километров от аэродрома. Постройте соответствующую систему координат и отметьте на ней самолет в начальный момент времени.
Итак, очевидно, что телом отсчёта в данном случае является аэродром.
Задача 2. Если самолёт, двигаясь равномерно, ежеминутно поднимается на 1200 метров и удаляется от аэродрома на 3000 метров, то, как описать его движение?
Из формулировки этого вопроса мы можем извлечь следующее: в одинаковые промежутки времени, равные 1 мин, горизонтальное перемещение самолёта составляет 3000 метров, а вертикальное — 1200 метров.
Обратите внимание, что реальная скорость самолёта направлена так, что самолёт одновременно удаляется от аэродрома и в горизонтальном, и в вертикальном направлении. Поэтому, скорости, которые мы нашли — это проекции вектора скорости на оси х и у.
§ 5. Основные понятия классической механики
Макроскопические тела
1. Объекты, которые доступны наблюдению человеком даже без применения специальных приборов, называют макроскопическими. В настоящее время диапазон объектов, имеющих макроскопические размеры, увеличился: к их числу относят даже невидимые человеку тела, движение которых подчиняется законам классической механики. Условно считают, что нижней границей макромира являются тела, размеры которых не меньше 10-8 м. Таким образом, макроскопическими телами можно считать как космические объекты — звёзды, планеты и др., так и тела, окружающие человека на Земле, — деревья, камни, животных, а также песчинки, пылинки и т. д.
Пространство и время
2. Наблюдая за движением различных тел — падением камня со скалы, полётом стрелы, выпущенной из лука, парением птицы, бегом животного, течением реки, — люди стали рассуждать о таких категориях, как пространство и время. Эти понятия, несмотря на кажущуюся их простоту, относятся к числу сложнейших философских категорий. В классической механике, согласно пониманию Ньютона, принято считать, что пространство — «пустое вместилище» тел — однородно и изотропно (т. е. его свойства одинаковы во всех точках и по всем направлениям), а время однородно: оно равномерно течёт в одном направлении — от прошлого к будущему.
Тело отсчёта и система отсчёта
3. Из определения механического движения следует, что говорить о движении или покое тела можно лишь только относительно какого-либо другого тела — тела отсчёта. Для описания движения тела, т. е. определения его положения в пространстве, необходимо с телом отсчёта связать систему координат. Чаще всего используют декартову систему координат, в которой положение точки в пространстве задаётся тремя (на плоскости — двумя) координатами.
Поскольку движение происходит во времени, то при описании движения необходимо использовать прибор для измерения времени (часы). Таким образом,
тело отсчёта, связанная с ним система координат и часы составляют систему отсчёта (рис. 5).
В зависимости от выбора той или иной системы отсчёта (тела отсчёта) рассматриваемое тело в одно и то же время может покоиться или двигаться. По этой причине говорят об относительности механического движения. Например, пассажир может покоиться относительно системы отсчёта Х’О’Y, связанной с вагоном поезда, в котором он едет (рис. 6), и в то же время вместе с поездом двигаться относительно системы отсчёта XOY, связанной с землёй.
Геоцентрическая система отсчета кратко определение для доклада и сообщения (10 класс)
Человечество живет на Земле, и поэтому абсолютное большинство физических опытов осуществляется в системе отсчета, связанной с Землей. Поговорим кратко о геоцентрической системе отсчета.
Сущность системы отсчета
К 10 классу известно, что описание любых явлений в физике заключается в выделении в них существенных особенностей, сравнении их с некоторыми эталонами и установлении законов, по которым эти особенности изменяются. В частности, для кинематики такими существенными особенностями являются положение в пространстве и законы его изменения.
Для описания положения в пространстве, во-первых, необходима система координат и единица измерения.
Во-вторых, всегда требуется указывать, относительно чего движение происходит: необходимо выделить тело отсчета и связать с ним систему координат.
Наконец, чтобы описать изменение положения в пространстве, требуется система измерения времени.
Тело отсчета, система координатных осей и система измерения времени вместе называются системой отсчета.
Рис. 1. Составляющие системы отсчета.
Геоцентрическая система отсчета
Человеческая наука развивались на планете Земля. Все физические опыты и измерения производились в непосредственной близости от Земли. Неудивительно, что в качестве наиболее общей системы отсчета чаще всего применяли систему, связанную с Землей. Такая система отсчета называется геоцентрической.
Особенности
Итак, тело отсчета в геоцентрической системе отсчета — это Земля. Направление координатных осей удобно взять по двум касательным к земному шару и по его радиусу. Порядок измерения времени исторически определился по суточному и годовому вращению Земли вокруг Солнца.
Удобство геоцентрической системы отсчета предопределило построение Птолемеем системы мира, которая более тысячи лет считалась истиной. И даже то, что птолемеева система была заменена системой мира Коперника, не привело к меньшему использованию геоцентрической системы.
Рис. 2. Геоцентрическая система отсчета.
Сомнения в точности возникли лишь в XVII в., когда И. Ньютон установил законы механики и ввел понятие инерциальной системы отсчета.
Важная особенность инерциальной системы отсчета — это движение без ускорения. Земля же, во-первых, движется вокруг собственной оси. Во-вторых, она совершает годичное вращение вокруг Солнца. Оба этих движения происходят с центростремительными ускорениями. А значит, геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, и в ней законы Ньютона должны быть не верны.
Кроме того, в соответствии со специальной и общей теориями относительности, на Земле должны происходить релятивистские изменения хода времени и размеров.
Однако, величина центростремительного ускорения вращения Земли составляет менее процента от ускорения свободного падения. А релятивистские эффекты на Земле гораздо меньше. Поэтому геоцентрическая система отсчета в абсолютном большинстве случаев может считаться инерциальной и использоваться для определения значений механических величин в экспериментах и подготовки школьных опытов и докладов.
Рис. 3. Инерциальные системы отсчета.
Что мы узнали?
Тело отсчета, координатные оси и порядок измерения времени вместе называются системой отсчета. Система отсчета, где тело отсчета — это Земля, называется геоцентрической. Геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, однако ее отклонения от инерциальности очень невелики, поэтому эта система удобна для большинства опытов и измерений в механике.
Геоцентрическая система отсчета
Всего получено оценок: 157.
Всего получено оценок: 157.
Человечество живет на Земле, и поэтому абсолютное большинство физических опытов осуществляется в системе отсчета, связанной с Землей. Поговорим кратко о геоцентрической системе отсчета.
Сущность системы отсчета
К 10 классу известно, что описание любых явлений в физике заключается в выделении в них существенных особенностей, сравнении их с некоторыми эталонами и установлении законов, по которым эти особенности изменяются. В частности, для кинематики такими существенными особенностями являются положение в пространстве и законы его изменения.
Для описания положения в пространстве, во-первых, необходима система координат и единица измерения.
Во-вторых, всегда требуется указывать, относительно чего движение происходит: необходимо выделить тело отсчета и связать с ним систему координат.
Наконец, чтобы описать изменение положения в пространстве, требуется система измерения времени.
Тело отсчета, система координатных осей и система измерения времени вместе называются системой отсчета.
Геоцентрическая система отсчета
Человеческая наука развивались на планете Земля. Все физические опыты и измерения производились в непосредственной близости от Земли. Неудивительно, что в качестве наиболее общей системы отсчета чаще всего применяли систему, связанную с Землей. Такая система отсчета называется геоцентрической.
Особенности
Итак, тело отсчета в геоцентрической системе отсчета — это Земля. Направление координатных осей удобно взять по двум касательным к земному шару и по его радиусу. Порядок измерения времени исторически определился по суточному и годовому вращению Земли вокруг Солнца.
Удобство геоцентрической системы отсчета предопределило построение Птолемеем системы мира, которая более тысячи лет считалась истиной. И даже то, что птолемеева система была заменена системой мира Коперника, не привело к меньшему использованию геоцентрической системы.
Рис. 2. Геоцентрическая система отсчета.
Сомнения в точности возникли лишь в XVII в., когда И. Ньютон установил законы механики и ввел понятие инерциальной системы отсчета.
Важная особенность инерциальной системы отсчета — это движение без ускорения. Земля же, во-первых, движется вокруг собственной оси. Во-вторых, она совершает годичное вращение вокруг Солнца. Оба этих движения происходят с центростремительными ускорениями. А значит, геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, и в ней законы Ньютона должны быть не верны.
Кроме того, в соответствии со специальной и общей теориями относительности, на Земле должны происходить релятивистские изменения хода времени и размеров.
Однако, величина центростремительного ускорения вращения Земли составляет менее процента от ускорения свободного падения. А релятивистские эффекты на Земле гораздо меньше. Поэтому геоцентрическая система отсчета в абсолютном большинстве случаев может считаться инерциальной и использоваться для определения значений механических величин в экспериментах и подготовки школьных опытов и докладов.
Рис. 3. Инерциальные системы отсчета.
Что мы узнали?
Тело отсчета, координатные оси и порядок измерения времени вместе называются системой отсчета. Система отсчета, где тело отсчета — это Земля, называется геоцентрической. Геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, однако ее отклонения от инерциальности очень невелики, поэтому эта система удобна для большинства опытов и измерений в механике.